硬度測試
所謂硬度，就是材料抵抗更硬物壓入其表面的能力。根據(jù)試驗方法和適應(yīng)范圍的不同，硬度單位可分為布氏硬度、維氏硬度、洛氏硬度、顯微維氏硬度等許多種，不同的單位有不同的測試方法，適用于不同特性的材料或場合。
測試特點
硬度測試是檢測材料性能的重要指標之一，也是最快速最經(jīng)濟的試驗方法之一。之所以能成為力學性能試驗的常用方法， 是因為硬度測試能反映出材料在化學成分、組織結(jié)構(gòu)和處理工藝上的差異。常被作為監(jiān)督手段應(yīng)用于各行各業(yè)。例如在鋼鐵材料中，當馬氏體形成時，由于溶入過飽和的碳原子而增大了晶格畸變，增加了錯位密度，從而顯著降低了塑性變形能力，這就是馬氏體高硬度的原因。顯然含碳量越高這種畸變程度就越大，則硬度也越高，不同含碳量的鋼在淬火后，硬度值與馬氏體量及其含碳量間在很大范圍內(nèi)有很好的對應(yīng)關(guān)系，淬火鋼回火后的硬度取決于回火溫度及保溫時間。回火溫度越高，保溫時間越長，硬度越低。因此可以利用硬度試驗來研究鋼的相變和作為檢測鋼鐵熱處理效應(yīng)的手段。
測試方法
金屬洛氏
測試原理
將壓頭（金剛石圓錐、鋼球或硬質(zhì)合金球）分兩個步驟壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除主試驗力，測量在初試驗力下的殘余壓痕深度h，根據(jù)h值及常數(shù)N和S計算洛氏硬度。
術(shù)語及定義
洛氏硬度=N-h/S；
初始試驗力-------試驗時預(yù)加載試驗力。
主試驗力-------使測量樣品產(chǎn)生殘余壓痕的加載。
總試驗力-------初始試驗力加上主試驗力。
金屬布氏
測試原理
對一定直徑的硬質(zhì)合金球施加試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕的直徑。布氏硬度與試驗力除以壓痕表面積的商成正比。壓痕被看作是具有一定半徑的球形，其半徑是壓頭球直徑的二分之一。
術(shù)語及定義
試驗力——試驗時所用的負載。
壓痕平均直徑——兩相互垂直方向測量的壓痕直徑的算術(shù)平均值。
球直徑——壓頭中硬質(zhì)合金球的直徑。
金屬維氏
測試原理
將頂部兩相對面具有規(guī)定角度的正四棱錐體金剛石壓頭用試驗力壓入試樣表面，保持規(guī)定時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕對角線長。維氏硬度值是試驗力除以壓痕表面積所得的商，壓痕被視為具有正方形基面并與壓頭角度相同的理想形狀。
術(shù)語及定義
試驗力------試驗時所用的負載。
壓痕對角線------卸載后，壓頭在被測樣品表面留下的方形或菱形壓痕的對角線。
壓頭夾角------壓頭頂部兩相對面的夾角。
顯微維氏
術(shù)語及定義
試驗力——試驗時所用的負載。
壓痕對角線——卸載后，壓頭在被測樣品表面留下的方形或菱形壓痕的對角線。
壓頭夾角——壓頭頂部兩相對面的夾角。
影響因素
測量工作使用的儀器設(shè)備很多，每種儀器設(shè)備在使用時都有許多不利因素影響其測量值的準確性。本文僅對兩種常規(guī)儀器洛氏硬度計、布氏硬度計)在使用時，容易被檢測人員忽略的一些較常見的影響因素進行針對性分析，并提出了解決辦法。
粗糙度
粗糙度的影響及解決辦法
我們知道，用臺式 超級恒溫水浴測量布氏硬度時，的壓頭是鋼球壓頭，在一定的壓力下壓入被測表面而得到一個圓形壓痕，再用讀數(shù)顯微鏡測量圓形壓痕的直徑，然后在布氏硬度表中查找相應(yīng)的硬度值，即被測試樣的硬度值，而被測表面的粗糙度直接影響硬度測量值的準確性。當被測表面粗糙度值大于Ra=0.8μm時，隨著粗糙度值的增大，被測表面對壓頭的抗力愈小，其塑性變形愈大，圓形壓痕就愈大，相應(yīng)的硬度值也就愈小，致使測量值偏低于其真實值。試驗證明，測量偏差在10HB以上(注：用臺式硬度計測量洛氏硬度時，粗糙度的影響較小，本文就不進行分析了)。
當我們用便攜式微電腦超聲硬度計測量硬度時，粗糙度的影響較用臺式硬度計就更大了。當被測表面粗糙度值大于Ra=0.8μm時，隨著粗糙度值的增大，硬度計的金剛石角錐體壓頭與被測表面的接觸面積就會增大。這種接觸包括壓痕接觸和非壓痕接觸。
壓痕接觸即壓頭自身壓入被測表面后壓頭與壓痕的接觸，接觸面積也是極微小的；而非壓痕接觸是指硬度計壓頭的錐面與被測表面輪廓峰斜面的接觸。非壓痕接觸對硬度測量是不利的。因為，微電腦超聲硬度計工作原理是借助于桿的超聲振動測量硬度的。在均勻的接觸壓力下，使桿的諧振頻率隨試樣的硬度高低而改變。若試樣的硬度愈低，壓痕接觸面積愈大，被測表面對傳感器桿壓頭的阻尼愈大，傳感器桿壓頭振動幅度就愈小，諧振頻率也就愈高。也就是說， 恒溫水箱壓痕接觸面積愈大，超聲硬度計的示值愈低。而非壓痕接觸大大地增加了壓頭與被測表面的接觸面積，致使示值偏低于真實值。試驗證明，洛氏硬度測量偏差在10HRC左右；布氏硬度測量偏差在20HB左右。
解決辦法：在測量試樣硬度時，我們必須注意被測表面粗糙度是否符合的檢測條件。在正常使用的條件下，必須保證試樣的被測表面粗糙度值小于或等于Ra=0.8μm，若試樣的被測表面粗糙度值大于Ra=0.8μm，可以通過機械方法(上磨床)或手工方法，對被測表面進行研磨修整，使試樣的被測表面粗糙度達到檢側(cè)條件。將粗糙度影響程度降到最低，這樣我們才能獲得準確的測量值。
擠壓層
擠壓層的影響及解決辦法
擠壓層即經(jīng)車床精車加工出來的試件表面上的一層薄薄的硬層。試件在被精車加工時，車刀同時對試件表面有一個擠壓(滾壓)作用，使精車面表層的金屬晶粒變形細化，較試件深層的金屬晶粒更細密，從而產(chǎn)生了一層薄薄的硬層。硬層厚度一般在0.3毫米左右。這一硬層致使硬度測量值偏高于真空值，對用臺式硬度計和微電腦超聲硬度計測量硬度的準確性有不同程度的影響。
當我們用臺式硬度計測量洛氏硬度時，硬度計壓頭是金剛石錐體，壓頭(錐頂直徑為0.4毫米)與被測表面的接觸面積較小。加載時，壓頭很容易穿透擠壓層，因此硬度的測量偏差較小。試驗證明，測量偏差一般在5HRC以內(nèi)。用臺式硬度計測量布氏硬度時，硬度計壓頭是鋼球壓頭，壓頭與被測表面的接觸面積較大。加載時，壓頭必須克服擠壓層的較大阻力才能壓入被測表面，這就使壓頭的壓入量不夠，所壓得的圓形壓痕也隨之變小，致使相應(yīng)的硬度值偏高于其真實值。而且硬度的測量偏差較大。試驗證明，硬度的測量偏差在20HB左右。另外，無論測量洛氏硬度還是布氏硬度，隨著試件自身硬度的增大，硬度的測量偏差就會減小。
擠壓層對用微電腦超聲<硬度計</A>測量硬度的準確性影響最大。用超聲硬度計測量硬度對試件的損傷極小，基本是無損檢測。在10N試驗負荷下，壓痕深度一般在4μm至50μm左右。而擠壓層的厚度一般在0.3毫米左右。因此，超聲硬度計的角錐體壓頭根本不能穿透擠壓層，測得的硬度值僅是擠壓層的硬度，而不是試件本身真實的硬度。擠壓層硬度高出試件真實硬度很多，如果我們忽略了這一不利因素，就會造成了很大的測量偏差。試驗證明，洛氏硬度的測量偏差一般在5-10HRC；布氏硬度的測量偏差一般在幾十個HB解決辦法：如果我們在檢測過程中，發(fā)現(xiàn)精車的試件，在測量其硬度前，必須把被測表面測量位置的擠壓層處理掉；也可以把整個被測表面的擠壓層處理掉。可以通過機械方法(上磨床)或手工方法去掉擠壓層。還要強調(diào)一點，如果我們用手工方法處理擠壓層，被測表面粗糙度有可能被破壞。如果這樣，還必須對被測表面進行研磨修整，使試件的被測表面粗糙度達到檢測條件。這樣我們才能獲得真實可靠的測量值。
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